1
Počítačové sítěArchitektura TCP/IP - úvod
• Architektura TCP/IP je v současnosti nejpoužívanější síťová architektura – architektura sítě Internet
• Uplatnění TCP/IP – user-end systémy (implementace všech funkčních vrstev) – mezilehlé systémy (implementace spodních funkčních
vrstev)
• Vývoj TCP/IP– 1973 zahájení vývoje na základě zadání DoD U.S.A. – projekt
DARPA– 1976 vznik protokolu Ethernet pro LAN– 1983 TCP/IP zvolen za základní protokol ARPAnetu – „internet“– 1984 implementace TCP/IP do OS UNIX– 1989 Internet – 1992 WWW
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
Počítačové sítěArchitektura TCP/IP - úvod
• Charakteristika TCP/IP – dominantní postavení– současným požadavkům již příliš nevyhovuje -
neřeší QoS, zabezpečení přenosů, atd.– nutnost řešit nedostatečnosti vytvářením funkčních
„mezivrstev“ a novými protokoly– Výhody:
• nespecifikuje vlastní řešení přístupu k datovému spoji
• vytváří rozhraní pro různé přenosové technologie LAN a WAN
2Počítačové sítě - architektura TCP/IP
3
Počítačové sítěArchitektura TCP/IP - úvod
• Architekturu TCP/IP vytváří sada protokolů přiřazených do různých funkčních vrstev („TCP/IP Protocol Family“)
• Architektura TCP/IP je implementována na různých systémových platformách
• Heterogenní sítě – zařízení různých systémových platforem komunikující prostřednictví protokolů sady TCP/IP
• Architektura TCP/IP je standard „de facto“ - všeobecně přijatá, nemá „vlastníka“ (oficiální standardizační organizaci
• Standardy TCP/IP jsou dokumenty RFC (Request for Comments)
• Archivy RFC dokumentů jsou volně přístupné (např. http://www.faqs.org/rfcs/ )
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
4
Počítačové sítěArchitektura TCP/IP
1Fyzická
2Spojová
3Síťová
4Transportní
5Relační
6Prezentační
7Aplikační
Aplikační vrstva
Sada aplikačních protokolů
Transportní vrstva TCP UDP
Síťová vrstva (IP vrstva) ICMP IGMP OSPF
ARP IP RARP
Vrstva síťového rozhraní(specifikováno příslušným RFC
dokumentem pro každý určitý typ přenosové technologie )
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
5
Počítačové sítěArchitektura TCP/IP
• Vrstva síťového rozhraní (Network Access Layer) – přístup k přenosovému médiu – může být použita technologie Ethernet, Wi-fi, FDDI, atd.
TCP/IP
vrstva datových
spojů
vrstva fyzická
IP
IEEE 802.3
IEEE 802.11
FDDI
MAC Media Acccess Control
LLC Logical Link Control
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
6
Počítačové sítěArchitektura TCP/IP
• Vrstva síťová (Internet Layer) – směrování a přepojování datagramu, fragmentace/defragmentace datagramů - protokoly:– IP (Internet Protocol) – základní protokol sítě, vysílá datagramy,
fragmentuje a znovusestavuje datagramy, služba bez spojení, současná verze IPv4 – následující IPv6
– ARP, RARP (Address Resolution Protocol, Reverse ARP) – mapování logické síťové (IP) adresy do do fyzické (MAC) adresy a naopak
– ICMP (Internet Control Message Protocol) – generace řídících zpráv o chybách a nestandardních událostech při přenosu datagramu
– IGMP (Internet Group Management Protocol) – správa síťových skupin – mapování skupinové MAC adresy do síťové skupinové adresy
– OSPF (Open the Shortest Path First) – směrovací protokol– a další Počítačové sítě - architektura TCP/IP
7
Počítačové sítěArchitektura TCP/IP
• Vrstva transportní (Transport Layer) – koncový přenos mezi dat mezi komunikujícími procesy (odpovídá transportní vrstvě OSI), protokoly:– TCP (Transmission Control Protocol) – služba se
spojením– UDP (User Datagram Protocol) – služba bez spojení
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
8
Počítačové sítěArchitektura TCP/IP
• Vrstva aplikační (Application Layer) – množina protokolů poskytujících uživatelské síťové služby a systémové síťové služby (např. směrovací protokoly), závislost na určitém typu transportu dat (TCP nebo UDP) nebo možnost volby, aplikační vrstva se nejvíce rozšiřuje o nové protokoly, protokoly povinné, doporučené, volitelné.– TELNET – virtuální terminál (vzdálený přístup k
hostitelskému systému)– FTP (File Transfer Protocol) – přenos souborů
mezi uzly– SMTP (Simple Mail Tranfer Protocol) – přenos
elektronické poštyPočítačové sítě - architektura TCP/IP
9
Počítačové sítěIP vrstva
• IPvrstva– Protokoly: IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP, OSPF
Ethernetdriver
ARP RARP
IP
ICMP IGMP OSPF
TCPUDPTransportní vrstva
Vrstva síťového rozhraní
Síťová vrstva
Rozhraní transportních služeb
Rozhraní síťových služebPočítačové sítě - architektura TCP/IP
10
Rozhraní transportních služeb
Ethernet frame – typ 0x0800 IP datagram
UDP TCP IGMPICMP
Čísla protokolů 06 17 01 02
Rozhraní síťovýchslužeb
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
11
Počítačové sítěIP vrstva
IP vrstva– Adresace– Směrování – PDU– Fragmentace
– Logická síťová adresa – 32 bitů (4 oktety) – zápis „dotted –decimal“
– 2 části – identifikátor IP sítě (IP network address) + číslo uzlu (host/node address) – příklad: 147.132.1.3
– Centrálně řízené přidělování adres – hierarchie NIC
– Typy adres: třída A – N.H.H.H třída B – N.N.H.H třída C – N.N.N.H
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
12
Počítačové sítěIP vrstva
• IP adresy pro jedinečnou identifikaci uzlu v Internetu - přidělené organizací IANA (Internet Assigned Numbers Authority) – http://www.iana.org – unicast – třídy A, B, C– multicast – třída D– v unicast i multicast oblasti má IANA vyhrazené
bloky adres (RFC 3300 Special-Use IPv4 Addresses) • IP adresy privátní pro používání v intranetech (RFC
1918 – Address Allocation for Private Internets )– třída A 10.0.0.0 – 10.255.255.255– třída B 172.16.0.0. – 172.31.255.255– třída C 192.168.0.0. – 192.168.255.255
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
13
Počítačové sítěIP vrstva
• Metody adresování privátních sítí – intranetů– NAT (Network Address Translation) – opakované přidělování
adres
– PAT (Port Address Translation) – jedna společná adresa
Firewall
Globální veřejná IP IP 1
IP 1
IP 1
PC3
PC2
PC1
Intr
anet
Firewall
Zásobník veřejných
IP
IP 1
IP 2
IP 3
PC1
PC2
PC3
Intr
anet
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
14
Počítačové sítěIP vrstva
• Způsob přidělování IP adres – delegování na úrovně kontinentů a státní úrovně– APNIC (Asia Pacific Network Information Centre) -
Asia/Pacific Region– ARIN (American Registry for Internet Numbers) - North
America and Sub-Sahara Africa– LACNIC (Regional Latin-American and Caribbean IP Addres
s Registry) – Latin America and some Caribbean Islands
– RIPE NCC (Réseaux IP Européens) - Europe, the Middle East, Central Asia, and African countries located north of the equator
• V ČR – přidělení IP adres je spojeno s registrací domén - společnost CZ.NIC, z.s.p.o.
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
15
Počítačové sítěIP vrstva
• Adresy typu ABity
Rozsah adres: 1.0.0.0 – 126.0.0.0Počet adres uzlů: 16 777 214
• Adresy typu BBity
Rozsah adres: 128.0.0.0 – 191.254.0.0Počet adres uzlů: 65 534
Číslo sítě Číslo uzlu0
1 7 24
1 0 Číslo sítě Číslo uzlu
1 1 14 16
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
16
Počítačové sítěIP vrstva
• Adresy typu C
Bity
Rozsah adres: 192.0.1.0 – 223.255.254.0
Počet adres uzlů: 254
• Adresy typu D (identifikace síťových skupin)Bity
Rozsah identifikátorů skupin: 224.0.0.0 – 239.255.255.255
1 Číslo sítě Číslo uzlu1 0
1 1 1 21 8
1 Identifikátor síťové skupiny011
4 24
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
17
Počítačové sítěIP vrstva – rozdělení adresového prostoru
Typ adresy Rozsah adres Poznámka
A 0.0.0.0
1.0.0.0 – 126.0.0.0
127.0.0.0
Vyhrazeno
Používáno
Vyhrazeno *
B 128.0.0.0
128.1.0.0 – 191.254.0.0
191.255.0.0
Vyhrazeno
Používáno
Vyhrazeno
C 192.0.0.0
192.0.1.0 – 223.255.254.0
223.255.255
Vyhrazeno
Používáno
Vyhrazeno
D
E
224.0.0.0 – 239.255.255.255
240.0.0.0. – 255.255.255.254
255.255.255.255
Speciální účel (multicast)
Nepoužito
Vyhrazeno **
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
18
Počítačové sítěIP vrstva – rozdělení adresového prostoru
• Poznámky k vyhrazeným adresám:– 127.0.0.0 vyhrazeno pro OS UNIX –127.0.0.1 je adresa interního
síťového rozhraní (loopback)– 255.255.255.255 je IP globální broadcast – pokrývá všechny IP
uzly všech IP sítí – datagramy s touto adresou jsou na IP směrovačích filtrovány
Maska sítě – vyfiltruje z IP adresy adresu IP sítě (nebo podsítě – viz dále), implicitní masky:– Třída A – 255.0.0.0– Třída B – 255.255.0.0– Třída C – 255.255.255.0
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
19
Počítačové sítěIP vrstva – podsítě
IP podsítě (subsítě)– Rozdělení velké sítě na řadu menších podsítí
– Velikost podsítě určuje správce
– Směrovač používá masku podsítě a IP adresu cílového uzlu k určení cílové podsítě
– Pro vytvoření adres podsítí se použijí horní bity z pole H (adresa uzlu)
– Maska podsítě – implicitní maska sítě + bity z pole H použité pro adresování podsítí
IP broadcast - adresa pokrývající všechny uzly dané sítě nebo podsítě
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
20
Počítačové sítěIP vrstva - směrování
• Směrování - výběr cesty pro datagram: – Přímé směrování - předání cílovému uzlu na téže IP síti/podsíti
– Nepřímé směrování - předání některému ze směrovačů na téže síti/subsíti
– Problém: do rámce je třeba vložit MAC adresu cílového uzlu se známou IP adresou nebo MAC adresu směrovače se známou IP adresou
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
21
Počítačové sítěIP vrstva - směrování
• Přímé směrování– Problém vyhledání MAC adresy (pro sestavení rámce) ke známé IP adrese
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
Řešení: protokol ARP (Address Resolution Protocol):• Vyšle rámec s ARP dotazem (ARP request) na MAC
broadcast cílovou adresu• Uzel, který poznal svou IP adresu uloženou v ARP dotazu
vygeneruje ARP odpověď (ARP reply) , do které svou MAC adresu vloží
• ARP cache – uchovává záznamy získané v předchozích ARP aktivitách
22
Počítačové sítěIP vrstva - směrování
• Protokol RARP – reverzní funkce (přiřazení známé MAC adrese logická IP adresa)
• Použití např. v bezdiskové pracovní stanici, terminálu apod.
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
Počítačové sítěIP vrstva - směrování
• Zprávy protokolu ARP a RARP zapouzdřené v rámci Ethernet
Počítačové sítě - architektura TCP/IP 23
Ethernet frame – typ 0x8035
Ethernet frame – typ 0x0806 ARP – request/reply
RARP – request/reply
Počítačové sítěIP vrstva - směrování
Počítačové sítě - architektura TCP/IP 24
• Formát zprávy protokolu ARP/RARP
Počítačové sítěIP vrstva - směrování
• Poznámky k formátu ARP/RARP zprávy (pole Hardware Type
a Opcode)
Počítačové sítě - architektura TCP/IP 25
Typ síťového rozhraní, které zprávu vysílá Typ ARP zprávy
26
A BR
C
DA
MAC broadcast
SArouter R
MAC
sender MAC
router R MAC
sender IProuter R IP
target MAC?????
target IPhost B IP
DA
router R MAC
SAhost B MAC
sender MAChost B MAC
sender IPhost B IP
target MACrouter R
MAC
target IProuter R IP
ARP request: „znám IP, pošli MAC“ARP reply: „posílám MAC k IP v tvém requestu“
záhlaví Ethernet
ARP request
ARP reply
Protokol ARP (Address Resolution Protocol)
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
27
C
B A R
DA
MAC broadcast
SA
host AMAC
sender MAChost AMAC
sender IP ????
target MACMAC
broadcast
target IPIP
broadcast
DA
host A MAC
SAhost C
MAC
sender MAC
host C MAC
sender IPhost C IP
target MAChost AMAC
target IPhost A IP
RARP request: „znám MAC, pošli IP“ARP reply: „posílám IP k MAC v tvém requestu“
záhlaví Ethernet
RARP request
RARP reply
Protokol RARP (ReverseAddress Resolution Protocol)
RARP server
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
28
Počítačové sítěIP vrstva - směrování
• Nepřímé směrování – směrovací mapy (směrovací tabulky)
• Směrovací tabulky – mapy pro určení cesty – Směrovací tabulky směrovačů – statické (manuálně
vytvořené), dynamické (směrovač vytvoří mapu určitým algoritmem z informací získaných prostřednictvím směrovacích protokolů) – topologie celé sítě (směrovací oblasti)
– Směrovací tabulky koncových uzlů – minimální mapy s určeným výchozím směrovačem (default router/default gateway)
Počítačové sítě - architektura TCP/IP
Top Related